JP2759103B2 - 荷重試験装置 - Google Patents
荷重試験装置Info
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- JP2759103B2 JP2759103B2 JP6124253A JP12425394A JP2759103B2 JP 2759103 B2 JP2759103 B2 JP 2759103B2 JP 6124253 A JP6124253 A JP 6124253A JP 12425394 A JP12425394 A JP 12425394A JP 2759103 B2 JP2759103 B2 JP 2759103B2
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2210/00—Fluid
- F04C2210/26—Refrigerants with particular properties, e.g. HFC-134a
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は試験体に荷重を加えてそ
の物理特性を試験する荷重試験装置に関するものであ
る。
の物理特性を試験する荷重試験装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、金属材料，セラミック材料，合成
樹脂材料等の被試験体に荷重を加えて該試験体の曲げ強
度や破壊時における圧縮強度等を測定する各種の荷重試
験装置が開発されている。従来、金属材料，セラミック
材料，合成樹脂材料等の被試験体に圧縮荷重を加えて、
曲げ強度や破壊時の圧縮強度等を測定する場合、例え
ば、試験荷重を設定した制御部からの電気信号をサー
ボアンプで増幅して油圧タンクや油圧ポンプを備えた油
圧シリンダーを駆動させてピストンを作動させ被試験体
に外力を与えるとともに、油圧シリンダーに付加した圧
力センサからの信号を制御部にフィードバックさせる油
圧サーボ方式、圧縮機構にサーボモータとボールネジ
を組み合わせて金属製のピストンを押し上げて被試験体
に外力を与える変速機構方式、更にサーボモータにパ
ルスを使用するパルスサーボモータ方式等を用いた荷重
試験装置が知られている。しかしながら上記従来の荷重
試験装置では、油圧サーボ方式は稼働時に油を高圧で使
用するために、油が発熱して劣化し、所定稼働時間毎に
油の交換等を行わなければならず保守性に欠けるという
問題点があった。また、一定保持制御で長時間の連続制
御を行う場合は、油の冷却装置が必要になり、設備が大
がかりになるという問題点があった。更に、高圧の油を
使用するので油漏れが発生しやすいという問題点も有し
ていた。変速機構方式はボールネジの隙間の機械的精度
が要求され、隙間が大きいとガタつき（バックラッシ
ュ）が発生したり、また隙間を小さくするとボールネジ
の回転が悪くなるという問題点を有していた。パルスサ
ーボモータ方式ではパルスモータ及び制御系の分解能に
より、精度が左右されるので、より直線的に制御するた
めには、分解能の高いサーボモータを用いるとともに、
例えば制御系にコンピュータ等によるデジタル制御を行
う必要があり装置全体が複雑になるという問題点を有し
ていた。そこで、本発明者は上記従来の問題点を解決す
べく鋭意検討した結果、簡単な構造で油の交換が不要で
かつ、油漏れの心配も無く機械的精度に左右されないで
安定した直線的な制御が可能な荷重試験機を完成し特許
出願を行った。
樹脂材料等の被試験体に荷重を加えて該試験体の曲げ強
度や破壊時における圧縮強度等を測定する各種の荷重試
験装置が開発されている。従来、金属材料，セラミック
材料，合成樹脂材料等の被試験体に圧縮荷重を加えて、
曲げ強度や破壊時の圧縮強度等を測定する場合、例え
ば、試験荷重を設定した制御部からの電気信号をサー
ボアンプで増幅して油圧タンクや油圧ポンプを備えた油
圧シリンダーを駆動させてピストンを作動させ被試験体
に外力を与えるとともに、油圧シリンダーに付加した圧
力センサからの信号を制御部にフィードバックさせる油
圧サーボ方式、圧縮機構にサーボモータとボールネジ
を組み合わせて金属製のピストンを押し上げて被試験体
に外力を与える変速機構方式、更にサーボモータにパ
ルスを使用するパルスサーボモータ方式等を用いた荷重
試験装置が知られている。しかしながら上記従来の荷重
試験装置では、油圧サーボ方式は稼働時に油を高圧で使
用するために、油が発熱して劣化し、所定稼働時間毎に
油の交換等を行わなければならず保守性に欠けるという
問題点があった。また、一定保持制御で長時間の連続制
御を行う場合は、油の冷却装置が必要になり、設備が大
がかりになるという問題点があった。更に、高圧の油を
使用するので油漏れが発生しやすいという問題点も有し
ていた。変速機構方式はボールネジの隙間の機械的精度
が要求され、隙間が大きいとガタつき（バックラッシ
ュ）が発生したり、また隙間を小さくするとボールネジ
の回転が悪くなるという問題点を有していた。パルスサ
ーボモータ方式ではパルスモータ及び制御系の分解能に
より、精度が左右されるので、より直線的に制御するた
めには、分解能の高いサーボモータを用いるとともに、
例えば制御系にコンピュータ等によるデジタル制御を行
う必要があり装置全体が複雑になるという問題点を有し
ていた。そこで、本発明者は上記従来の問題点を解決す
べく鋭意検討した結果、簡単な構造で油の交換が不要で
かつ、油漏れの心配も無く機械的精度に左右されないで
安定した直線的な制御が可能な荷重試験機を完成し特許
出願を行った。
【０００３】以下に従来の荷重試験装置について説明す
る。図４は従来の荷重試験装置の制御系の構成を示す模
式図である。１は従来の荷重試験装置の圧縮試験用にセ
ットされた試験部、２は試験部１を保持するフレーム、
３はフレーム２の底部に配設されたシリンダーベース４
の上に配設された低油圧型の油圧シリンダー、３ａは油
圧シリンダー３のピストン、５は油圧シリンダー３のピ
ストン３ａのストロークに応じて昇降移動する第１のス
ライドベース、６は第１のスライドベース５を水平に保
持昇降させるための第１のガイドシャフト、７は第１の
スライドベース５上に配設され荷重を受けて弾性変形す
る受感部にひずみゲージを備えて、荷重の大きさや力を
電気信号に変換するロードセル等からなる荷重変換器、
７ａは荷重変換器７に架かる荷重を検知する受感部、８
は荷重変換器７の受感部７ａに荷重を伝える第２のスラ
イドベース、９は第２のスライドベース８を水平に保持
して昇降させるための第２のガイドシャフト、１０は第
２のスライドベース８上に配置され下部ロッド１１から
の熱伝導を遮断するための下部ロッド冷却ユニット、１
２は下部ロッド１１の先端部に配設され被試験体１３を
載置するための試験用治具、１４は試験用治具１２上に
載置された被試験体１３を押圧するための上部ロッド、
１５は上部ロッド１４とフレーム２との間に配設され上
部ロッド１４からの熱伝導を遮断する上部ロッド冷却ユ
ニット、１６は被試験体１３を所定の試験温度に加熱す
るための高温炉、１７は荷重変換器７からの電気信号を
荷重に相当する電圧に増幅するためのロードセルアンプ
等からなる信号増幅部、１８は予め設定された荷重に相
当する電圧を出力するとともに信号増幅部１７からの電
圧（荷重）をデジタル表示するためのデジタルプログラ
ム調節計等からなる荷重設定部、１９は信号増幅部１７
からの電圧と予め設定されている荷重設定部１８からの
設定電圧とを比較して、その差を制御量として後述の空
気圧調整部を制御するフィードバックアンプ等からなる
制御部、２０は制御部１９からの制御電圧により空気圧
を連続的にコントロールするための電子レギュレータ等
からなる空気圧調整部、２１は空気圧を油圧に変換し、
油圧シリンダー３のピストン３ａを上昇又は下降させる
ための油圧を生成するための空気・油圧変換器、２２は
荷重試験装置の停止時に空気圧調整部２０への上昇用圧
縮空気の供給を停止するとともに、空気・油圧変換器２
１に下降用の圧縮空気を供給し、動作時には空気・油圧
変換器２１への下降用圧縮空気の供給を停止するととも
に、空気圧調整部２０に上昇用圧縮空気を供給する電磁
弁等からなる圧縮空気切替部である。
る。図４は従来の荷重試験装置の制御系の構成を示す模
式図である。１は従来の荷重試験装置の圧縮試験用にセ
ットされた試験部、２は試験部１を保持するフレーム、
３はフレーム２の底部に配設されたシリンダーベース４
の上に配設された低油圧型の油圧シリンダー、３ａは油
圧シリンダー３のピストン、５は油圧シリンダー３のピ
ストン３ａのストロークに応じて昇降移動する第１のス
ライドベース、６は第１のスライドベース５を水平に保
持昇降させるための第１のガイドシャフト、７は第１の
スライドベース５上に配設され荷重を受けて弾性変形す
る受感部にひずみゲージを備えて、荷重の大きさや力を
電気信号に変換するロードセル等からなる荷重変換器、
７ａは荷重変換器７に架かる荷重を検知する受感部、８
は荷重変換器７の受感部７ａに荷重を伝える第２のスラ
イドベース、９は第２のスライドベース８を水平に保持
して昇降させるための第２のガイドシャフト、１０は第
２のスライドベース８上に配置され下部ロッド１１から
の熱伝導を遮断するための下部ロッド冷却ユニット、１
２は下部ロッド１１の先端部に配設され被試験体１３を
載置するための試験用治具、１４は試験用治具１２上に
載置された被試験体１３を押圧するための上部ロッド、
１５は上部ロッド１４とフレーム２との間に配設され上
部ロッド１４からの熱伝導を遮断する上部ロッド冷却ユ
ニット、１６は被試験体１３を所定の試験温度に加熱す
るための高温炉、１７は荷重変換器７からの電気信号を
荷重に相当する電圧に増幅するためのロードセルアンプ
等からなる信号増幅部、１８は予め設定された荷重に相
当する電圧を出力するとともに信号増幅部１７からの電
圧（荷重）をデジタル表示するためのデジタルプログラ
ム調節計等からなる荷重設定部、１９は信号増幅部１７
からの電圧と予め設定されている荷重設定部１８からの
設定電圧とを比較して、その差を制御量として後述の空
気圧調整部を制御するフィードバックアンプ等からなる
制御部、２０は制御部１９からの制御電圧により空気圧
を連続的にコントロールするための電子レギュレータ等
からなる空気圧調整部、２１は空気圧を油圧に変換し、
油圧シリンダー３のピストン３ａを上昇又は下降させる
ための油圧を生成するための空気・油圧変換器、２２は
荷重試験装置の停止時に空気圧調整部２０への上昇用圧
縮空気の供給を停止するとともに、空気・油圧変換器２
１に下降用の圧縮空気を供給し、動作時には空気・油圧
変換器２１への下降用圧縮空気の供給を停止するととも
に、空気圧調整部２０に上昇用圧縮空気を供給する電磁
弁等からなる圧縮空気切替部である。
【０００４】以上のように構成された荷重試験装置につ
いて、以下その動作について説明する。通常、圧縮空気
切替部２２には外部の空気源から４〜８kgf／cm2の圧縮
空気が供給されている。この圧縮空気は圧縮空気切替部
２２の電磁弁等を介して動作時には空気圧調整部２０
へ、また、停止時には空気・油圧変換器２１に送給され
るようになっている。荷重試験装置の停止時、つまり油
圧シリンダー３のピストン３ａが下降状態にあるとき圧
縮空気切替部２２は空気圧調整部２０への圧縮空気の送
給を遮断し、油圧シリンダー３のピストン３ａを下降さ
せるために圧縮空気を空気・油圧変換器２１に送給す
る。空気・油圧変換器２１は圧縮空気切替部２２からの
圧縮空気を下降油圧に変換して油圧シリンダー３のピス
トン３ａを下降させる。尚、引っ張り試験を行う場合
は、空気圧調整部２０を介して油圧シリンダー３のピス
トン３ａを降下させる。今、セラミック材料の高温曲げ
（破断）試験を行う場合、試験部１の試験用治具１２上
にセラミック材料の被試験体１３を載置して図示しない
温度制御部により高温炉１６を制御して試験温度まで被
試験体１３を加熱した後、荷重設定部１８のデジタルプ
ログラム調節計等に試験荷重を設定する。荷重設定部１
８は設定された試験荷重に相当する電圧値、例えば、０
〜１０ＶＤＣを制御部１９に出力する。制御部１９は荷
重設定部１８からの試験荷重に相当する電圧値と信号増
幅部１７からの荷重に相当する電圧値、例えば、０〜１
０ＶＤＣとを比較し、その電圧差を空気圧調整部２０に
出力する。動作開始時、油圧シリンダー３は駆動されて
いないので荷重変換器７の出力はゼロであり、荷重設定
部１８からの電圧値がそのまま空気圧調整部２０に出力
される。空気圧調整部２０はこの荷重設定電圧に基づい
て、例えば、０〜４（kgf／cm2）の設定荷重に相当する
圧縮空気を空気・油圧変換器２１に送給する。空気・油
圧変換器２１は空気圧調整部２０からの圧縮空気を上昇
油圧に変換して油圧シリンダー３を駆動してピストン３
ａを上昇させる。油圧シリンダー３のピストン３ａが上
昇すると、第１のスライドベース５，荷重変換器７，第
２のスライドベース８等が上昇して被試験体１３は下部
ロッド１１と上部ロッド１４により押圧される。被試験
体１３に荷重が加わると同時に荷重変換器７の受感部７
ａにも荷重が加わる。荷重変換器７は受感部７ａの検知
した荷重を電気信号に変換して信号増幅部１７に出力す
る。信号増幅部１７は荷重変換器７からの電気信号を荷
重に相当する電圧値、例えば、０〜１０ＶＤＣに増幅し
て荷重設定部１８及び制御部１９に出力する。荷重設定
部１８は信号増幅部１７からの電圧値を、例えば、１．
０ＶＤＣを２０．０Kgのように荷重変換して表示を行
う。一方、制御部１９は信号増幅部１７からの電圧値と
荷重設定部１８からの電圧値とを比較し、その電圧差を
制御量として再び空気圧調整部２０に出力する閉ループ
を構成して荷重設定部１８に設定した荷重電圧と信号増
幅部１７からの荷重電圧が等しくなるまで油圧シリンダ
ー３を駆動して被試験体１３に荷重を加える。
いて、以下その動作について説明する。通常、圧縮空気
切替部２２には外部の空気源から４〜８kgf／cm2の圧縮
空気が供給されている。この圧縮空気は圧縮空気切替部
２２の電磁弁等を介して動作時には空気圧調整部２０
へ、また、停止時には空気・油圧変換器２１に送給され
るようになっている。荷重試験装置の停止時、つまり油
圧シリンダー３のピストン３ａが下降状態にあるとき圧
縮空気切替部２２は空気圧調整部２０への圧縮空気の送
給を遮断し、油圧シリンダー３のピストン３ａを下降さ
せるために圧縮空気を空気・油圧変換器２１に送給す
る。空気・油圧変換器２１は圧縮空気切替部２２からの
圧縮空気を下降油圧に変換して油圧シリンダー３のピス
トン３ａを下降させる。尚、引っ張り試験を行う場合
は、空気圧調整部２０を介して油圧シリンダー３のピス
トン３ａを降下させる。今、セラミック材料の高温曲げ
（破断）試験を行う場合、試験部１の試験用治具１２上
にセラミック材料の被試験体１３を載置して図示しない
温度制御部により高温炉１６を制御して試験温度まで被
試験体１３を加熱した後、荷重設定部１８のデジタルプ
ログラム調節計等に試験荷重を設定する。荷重設定部１
８は設定された試験荷重に相当する電圧値、例えば、０
〜１０ＶＤＣを制御部１９に出力する。制御部１９は荷
重設定部１８からの試験荷重に相当する電圧値と信号増
幅部１７からの荷重に相当する電圧値、例えば、０〜１
０ＶＤＣとを比較し、その電圧差を空気圧調整部２０に
出力する。動作開始時、油圧シリンダー３は駆動されて
いないので荷重変換器７の出力はゼロであり、荷重設定
部１８からの電圧値がそのまま空気圧調整部２０に出力
される。空気圧調整部２０はこの荷重設定電圧に基づい
て、例えば、０〜４（kgf／cm2）の設定荷重に相当する
圧縮空気を空気・油圧変換器２１に送給する。空気・油
圧変換器２１は空気圧調整部２０からの圧縮空気を上昇
油圧に変換して油圧シリンダー３を駆動してピストン３
ａを上昇させる。油圧シリンダー３のピストン３ａが上
昇すると、第１のスライドベース５，荷重変換器７，第
２のスライドベース８等が上昇して被試験体１３は下部
ロッド１１と上部ロッド１４により押圧される。被試験
体１３に荷重が加わると同時に荷重変換器７の受感部７
ａにも荷重が加わる。荷重変換器７は受感部７ａの検知
した荷重を電気信号に変換して信号増幅部１７に出力す
る。信号増幅部１７は荷重変換器７からの電気信号を荷
重に相当する電圧値、例えば、０〜１０ＶＤＣに増幅し
て荷重設定部１８及び制御部１９に出力する。荷重設定
部１８は信号増幅部１７からの電圧値を、例えば、１．
０ＶＤＣを２０．０Kgのように荷重変換して表示を行
う。一方、制御部１９は信号増幅部１７からの電圧値と
荷重設定部１８からの電圧値とを比較し、その電圧差を
制御量として再び空気圧調整部２０に出力する閉ループ
を構成して荷重設定部１８に設定した荷重電圧と信号増
幅部１７からの荷重電圧が等しくなるまで油圧シリンダ
ー３を駆動して被試験体１３に荷重を加える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、簡単な構造で油の交換が不要でかつ、油漏
れの心配も無く機械的精度に左右されないで安定した直
線的な制御が可能な荷重試験装置ではあるが、制御部か
らの制御電圧により空気圧を連続的にコントロールする
空気圧調整部の電子レギュレータのヒステリシスによっ
て設定荷重値への収束時にハンチングが生じ精度が不安
定になり、応答特性が悪くなるという問題点を有してい
ることが分かった。
の構成では、簡単な構造で油の交換が不要でかつ、油漏
れの心配も無く機械的精度に左右されないで安定した直
線的な制御が可能な荷重試験装置ではあるが、制御部か
らの制御電圧により空気圧を連続的にコントロールする
空気圧調整部の電子レギュレータのヒステリシスによっ
て設定荷重値への収束時にハンチングが生じ精度が不安
定になり、応答特性が悪くなるという問題点を有してい
ることが分かった。
【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、簡単な構造で油の交換が不要でかつ、油漏れの心配
も無く機械的精度に左右されないで安定した直線的な制
御が可能で、更に、設定荷重値への収束時のハンチング
を防止して高精度で応答特性に優れた荷重試験装置を提
供することを目的とする。
で、簡単な構造で油の交換が不要でかつ、油漏れの心配
も無く機械的精度に左右されないで安定した直線的な制
御が可能で、更に、設定荷重値への収束時のハンチング
を防止して高精度で応答特性に優れた荷重試験装置を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は次の構成を有している。請求項１に記載の荷
重試験装置は、被試験体に荷重を与える油圧シリンダー
と、前記油圧シリンダーの荷重を電気信号に変換する荷
重変換器と、前記荷重変換器からの電気信号を荷重に相
当する電圧値に増幅する信号増幅部と、予め設定された
荷重に相当する電圧値を出力する荷重設定部と、前記信
号増幅部からの電圧値と前記荷重設定部で予め荷重設定
された電圧値とを比較しその電圧差を制御量として出力
する制御部と、前記制御部からの制御電圧を空気圧に変
換する空気圧調整部と、前記空気圧調整部からの空気圧
を油圧に変換する空気・油圧変換器と、前記空気圧調整
部と前記空気・油圧変換器との間に前記空気圧調整部か
らの圧縮空気の一部を放出する空気抜き部と、前記空気
圧調整部と前記空気・油圧変換器に圧縮空気の送給を切
り替える圧縮空気切替部と、を備えた構成を有してい
る。請求項２に記載の荷重試験装置は、請求項１におい
て、前記空気抜き部がニードル弁からなる構成を有して
いる。
に本発明は次の構成を有している。請求項１に記載の荷
重試験装置は、被試験体に荷重を与える油圧シリンダー
と、前記油圧シリンダーの荷重を電気信号に変換する荷
重変換器と、前記荷重変換器からの電気信号を荷重に相
当する電圧値に増幅する信号増幅部と、予め設定された
荷重に相当する電圧値を出力する荷重設定部と、前記信
号増幅部からの電圧値と前記荷重設定部で予め荷重設定
された電圧値とを比較しその電圧差を制御量として出力
する制御部と、前記制御部からの制御電圧を空気圧に変
換する空気圧調整部と、前記空気圧調整部からの空気圧
を油圧に変換する空気・油圧変換器と、前記空気圧調整
部と前記空気・油圧変換器との間に前記空気圧調整部か
らの圧縮空気の一部を放出する空気抜き部と、前記空気
圧調整部と前記空気・油圧変換器に圧縮空気の送給を切
り替える圧縮空気切替部と、を備えた構成を有してい
る。請求項２に記載の荷重試験装置は、請求項１におい
て、前記空気抜き部がニードル弁からなる構成を有して
いる。
【０００８】ここで、荷重設定部としては、デジタルプ
ログラム調節計等のプログラムコントローラを用いると
試験荷重の設定や連続運転の設定等を簡単に行うことが
でき汎用性に優れいてるので好ましい。空気抜き部とし
ては、空気調整部からの圧縮空気を設定荷重値に合わせ
て所定量を外部に放出できる構造を有するものであれば
よく、減圧用のニードル弁やスピードコントローラ（コ
ガネイ社製）等の減圧調整弁、或いは単に各圧力に応じ
た圧縮空気送給管の短管を準備し所定量の空気抜き孔を
設けて減圧できるようにしたものでもよい。空気抜き量
としては、圧縮空気の圧力にもよるが、０．１ｌ〜２ｌ
／分、好ましくは０．３〜１．２ｌ／分抜くようにする
とよい。０．３ｌ分よりも少ないときは、ハンチング防
止が弱くなり、また１．２ｌ／分を越えるにつれ騒音が
大きくなるとともにコンプレッサーに負荷がかかりすぎ
る傾向がでてくるので、いずれも好ましくない。空気圧
調整部の微量の空気圧の変化はここで吸収されて空気・
油圧変換器に伝達されないので、空気圧調整部の電子レ
ギュレータのヒステリシスによるハンチングを抑えるこ
とができる
ログラム調節計等のプログラムコントローラを用いると
試験荷重の設定や連続運転の設定等を簡単に行うことが
でき汎用性に優れいてるので好ましい。空気抜き部とし
ては、空気調整部からの圧縮空気を設定荷重値に合わせ
て所定量を外部に放出できる構造を有するものであれば
よく、減圧用のニードル弁やスピードコントローラ（コ
ガネイ社製）等の減圧調整弁、或いは単に各圧力に応じ
た圧縮空気送給管の短管を準備し所定量の空気抜き孔を
設けて減圧できるようにしたものでもよい。空気抜き量
としては、圧縮空気の圧力にもよるが、０．１ｌ〜２ｌ
／分、好ましくは０．３〜１．２ｌ／分抜くようにする
とよい。０．３ｌ分よりも少ないときは、ハンチング防
止が弱くなり、また１．２ｌ／分を越えるにつれ騒音が
大きくなるとともにコンプレッサーに負荷がかかりすぎ
る傾向がでてくるので、いずれも好ましくない。空気圧
調整部の微量の空気圧の変化はここで吸収されて空気・
油圧変換器に伝達されないので、空気圧調整部の電子レ
ギュレータのヒステリシスによるハンチングを抑えるこ
とができる
【０００９】
【作用】この構成によって、圧縮空気源によって駆動す
る低油圧のシリンダーを備えているのでバックラッシュ
やサーボモータの分解能に左右されることなく荷重をよ
り直線的に制御することができる。駆動源を電気から空
気圧に変換することにより、構造が簡単になり部品点数
を削減し故障を少なくするとともに、省エネルギー化を
図ることができる。荷重変換器からの微弱な信号でも増
幅する信号増幅部を備えているので、低圧下での荷重制
御も容易に行うことができる。空気圧調整部と空気・油
圧変換器との間に圧縮空気の一部を放出する空気抜き部
を備えているので電子レギュレータのヒステリシスによ
る微量の空気圧の変化をここで吸収し空気・油圧変換器
に伝達しないので、ハンチングを抑えることができる。
る低油圧のシリンダーを備えているのでバックラッシュ
やサーボモータの分解能に左右されることなく荷重をよ
り直線的に制御することができる。駆動源を電気から空
気圧に変換することにより、構造が簡単になり部品点数
を削減し故障を少なくするとともに、省エネルギー化を
図ることができる。荷重変換器からの微弱な信号でも増
幅する信号増幅部を備えているので、低圧下での荷重制
御も容易に行うことができる。空気圧調整部と空気・油
圧変換器との間に圧縮空気の一部を放出する空気抜き部
を備えているので電子レギュレータのヒステリシスによ
る微量の空気圧の変化をここで吸収し空気・油圧変換器
に伝達しないので、ハンチングを抑えることができる。
【００１０】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例における荷
重試験装置の制御系の構成を示す模式図である。１は圧
縮試験用にセットされた試験部、２はフレーム、３は油
圧シリンダー、３ａはピストン、４はシリンダーベー
ス、５は第１のスライドベース、６は第１のガイドシャ
フト、７は荷重変換器、７ａは受感部、８は第２のスラ
イドベース、９は第２のガイドシャフト、１０は下部ロ
ッド冷却ユニット、１１は下部ロッド、１２は試験用治
具、１４は上部ロッド、１５は上部ロッド冷却ユニッ
ト、１６は高温炉、１７は信号増幅部、１８は荷重設定
部、１９は制御部、２０は空気圧調整部、２１は空気・
油圧変換器、２２は圧縮空気切替部であり、これらは従
来例と同様なものであり、同一の符号を付して説明を省
略する。２３は空気圧調整部２０と空気・油圧変換器２
１との間に配設され空気圧調整部２０からの圧縮空気の
一部を外部に放出してハンチングを防止するための空気
抜き部である。ここで、空気抜き部２３の構造は、減圧
用ニードル弁や市販のスピードコントローラや、ビス等
で空気抜き量を調整できるもの、或いは圧縮空気送給管
に１０Kg定値時に２００ｃｃ／分、１Kg定値時に３００
ｃｃ／分というように、所定定値時に合致した空気孔を
設けたものでもよい。以上のように構成された荷重試験
装置について、以下その動作について説明する。通常、
圧縮空気切替部２２には外部の空気源から例えば、４〜
５kgf／cm2の圧縮空気が供給されている。この圧縮空気
は圧縮空気切替部２２の電磁弁等を介して動作時には空
気圧調整部２０へ、また、停止時には空気・油圧変換器
２１に送給されるようになっている。荷重試験装置の停
止時、つまり油圧シリンダー３のピストン３ａを下降さ
せるときは圧縮空気切替部２２は空気圧調整部２０への
圧縮空気の送給を遮断し、圧縮空気を空気・油圧変換器
２１に送給する。空気・油圧変換器２１は圧縮空気切替
部２２からの圧縮空気を下降油圧に変換して油圧シリン
ダー３のピストン３ａを下降させる。尚、引っ張り試験
を行う場合は、空気圧調整部２０を介して油圧シリンダ
ー３のピストン３ａを降下させる。今、従来例と同様の
セラミック材料の高温曲げ（破断）試験を行う場合、試
験部１の試験用治具１２上にセラミック材料の被試験体
１３を載置して図示しない温度制御部により高温炉１６
を制御して試験温度まで被試験体１３を加熱した後、荷
重設定部１８のデジタルプログラム調節計等に試験荷重
を設定する。荷重設定部１８は設定された試験荷重に相
当する電圧値、例えば、０〜１０ＶＤＣを制御部１９に
出力する。制御部１９は荷重設定部１８からの試験荷重
に相当する電圧値と信号増幅部１７からの荷重に相当す
る電圧値、例えば、０〜１０ＶＤＣとを比較し、その電
圧差を空気圧調整部２０に出力する。動作開始時、油圧
シリンダー３は駆動されていないので荷重変換器７の出
力はゼロであり、荷重設定部１８からの電圧値がそのま
ま空気圧調整部２０に出力される。空気圧調整部２０は
この荷重設定電圧に基づいて、例えば、０〜４（kgf／c
m2）の設定荷重に相当する圧縮空気を空気・油圧変換器
２１に送給する。この時、空気抜き部２３により空気・
油圧変換器２１に送給される圧縮空気がハンチングして
所定の圧力以上になると、その分脱圧して放出されるの
で、ハンチングを防止できる。空気・油圧変換器２１は
空気圧調整部２０からの圧縮空気を上昇油圧に変換して
油圧シリンダー３を駆動してピストン３ａを上昇させ
る。油圧シリンダー３のピストン３ａが上昇すると、第
１のスライドベース５，荷重変換器７，第２のスライド
ベース８等が上昇して被試験体１３は下部ロッド１１と
上部ロッド１４により押圧される。被試験体１３に荷重
が加わると同時に荷重変換器７の受感部７ａにも荷重が
加わる。荷重変換器７は受感部７ａの検知した荷重を電
気信号に変換して信号増幅部１７に出力する。信号増幅
部１７は荷重変換器７からの電気信号を荷重に相当する
電圧値、例えば、０〜１０ＶＤＣに増幅して荷重設定部
１８及び制御部１９に出力する。荷重設定部１８は信号
増幅部１７からの電圧値を、例えば、１．０ＶＤＣを２
０．０Kgのように荷重変換して表示を行う。一方、制御
部１９は信号増幅部１７からの電圧値と荷重設定部１８
からの電圧値とを比較し、その電圧差を制御量として再
び空気圧調整部２０に出力する閉ループを構成して荷重
設定部１８に設定した荷重電圧と信号増幅部１７からの
荷重電圧が等しくなるまで油圧シリンダー３を駆動して
被試験体１３に荷重を加える。 このとき、空気圧調整
部２０の電子レギュレータのヒステリシスによる微量の
空気圧の変化は、空気抜き部２３により放出することに
より吸収されるので、空気・油圧変換器２１に伝達され
ない。従って、電子レギュレータのヒステリシスによる
荷重変化がフィードバックされないので、設定荷重値に
収束する際のハンチングを抑えることができる。
しながら説明する。図１は本発明の一実施例における荷
重試験装置の制御系の構成を示す模式図である。１は圧
縮試験用にセットされた試験部、２はフレーム、３は油
圧シリンダー、３ａはピストン、４はシリンダーベー
ス、５は第１のスライドベース、６は第１のガイドシャ
フト、７は荷重変換器、７ａは受感部、８は第２のスラ
イドベース、９は第２のガイドシャフト、１０は下部ロ
ッド冷却ユニット、１１は下部ロッド、１２は試験用治
具、１４は上部ロッド、１５は上部ロッド冷却ユニッ
ト、１６は高温炉、１７は信号増幅部、１８は荷重設定
部、１９は制御部、２０は空気圧調整部、２１は空気・
油圧変換器、２２は圧縮空気切替部であり、これらは従
来例と同様なものであり、同一の符号を付して説明を省
略する。２３は空気圧調整部２０と空気・油圧変換器２
１との間に配設され空気圧調整部２０からの圧縮空気の
一部を外部に放出してハンチングを防止するための空気
抜き部である。ここで、空気抜き部２３の構造は、減圧
用ニードル弁や市販のスピードコントローラや、ビス等
で空気抜き量を調整できるもの、或いは圧縮空気送給管
に１０Kg定値時に２００ｃｃ／分、１Kg定値時に３００
ｃｃ／分というように、所定定値時に合致した空気孔を
設けたものでもよい。以上のように構成された荷重試験
装置について、以下その動作について説明する。通常、
圧縮空気切替部２２には外部の空気源から例えば、４〜
５kgf／cm2の圧縮空気が供給されている。この圧縮空気
は圧縮空気切替部２２の電磁弁等を介して動作時には空
気圧調整部２０へ、また、停止時には空気・油圧変換器
２１に送給されるようになっている。荷重試験装置の停
止時、つまり油圧シリンダー３のピストン３ａを下降さ
せるときは圧縮空気切替部２２は空気圧調整部２０への
圧縮空気の送給を遮断し、圧縮空気を空気・油圧変換器
２１に送給する。空気・油圧変換器２１は圧縮空気切替
部２２からの圧縮空気を下降油圧に変換して油圧シリン
ダー３のピストン３ａを下降させる。尚、引っ張り試験
を行う場合は、空気圧調整部２０を介して油圧シリンダ
ー３のピストン３ａを降下させる。今、従来例と同様の
セラミック材料の高温曲げ（破断）試験を行う場合、試
験部１の試験用治具１２上にセラミック材料の被試験体
１３を載置して図示しない温度制御部により高温炉１６
を制御して試験温度まで被試験体１３を加熱した後、荷
重設定部１８のデジタルプログラム調節計等に試験荷重
を設定する。荷重設定部１８は設定された試験荷重に相
当する電圧値、例えば、０〜１０ＶＤＣを制御部１９に
出力する。制御部１９は荷重設定部１８からの試験荷重
に相当する電圧値と信号増幅部１７からの荷重に相当す
る電圧値、例えば、０〜１０ＶＤＣとを比較し、その電
圧差を空気圧調整部２０に出力する。動作開始時、油圧
シリンダー３は駆動されていないので荷重変換器７の出
力はゼロであり、荷重設定部１８からの電圧値がそのま
ま空気圧調整部２０に出力される。空気圧調整部２０は
この荷重設定電圧に基づいて、例えば、０〜４（kgf／c
m2）の設定荷重に相当する圧縮空気を空気・油圧変換器
２１に送給する。この時、空気抜き部２３により空気・
油圧変換器２１に送給される圧縮空気がハンチングして
所定の圧力以上になると、その分脱圧して放出されるの
で、ハンチングを防止できる。空気・油圧変換器２１は
空気圧調整部２０からの圧縮空気を上昇油圧に変換して
油圧シリンダー３を駆動してピストン３ａを上昇させ
る。油圧シリンダー３のピストン３ａが上昇すると、第
１のスライドベース５，荷重変換器７，第２のスライド
ベース８等が上昇して被試験体１３は下部ロッド１１と
上部ロッド１４により押圧される。被試験体１３に荷重
が加わると同時に荷重変換器７の受感部７ａにも荷重が
加わる。荷重変換器７は受感部７ａの検知した荷重を電
気信号に変換して信号増幅部１７に出力する。信号増幅
部１７は荷重変換器７からの電気信号を荷重に相当する
電圧値、例えば、０〜１０ＶＤＣに増幅して荷重設定部
１８及び制御部１９に出力する。荷重設定部１８は信号
増幅部１７からの電圧値を、例えば、１．０ＶＤＣを２
０．０Kgのように荷重変換して表示を行う。一方、制御
部１９は信号増幅部１７からの電圧値と荷重設定部１８
からの電圧値とを比較し、その電圧差を制御量として再
び空気圧調整部２０に出力する閉ループを構成して荷重
設定部１８に設定した荷重電圧と信号増幅部１７からの
荷重電圧が等しくなるまで油圧シリンダー３を駆動して
被試験体１３に荷重を加える。 このとき、空気圧調整
部２０の電子レギュレータのヒステリシスによる微量の
空気圧の変化は、空気抜き部２３により放出することに
より吸収されるので、空気・油圧変換器２１に伝達され
ない。従って、電子レギュレータのヒステリシスによる
荷重変化がフィードバックされないので、設定荷重値に
収束する際のハンチングを抑えることができる。
【００１１】以上のように構成された本実施例の荷重試
験装置と従来の荷重試験装置について性能比較試験を行
った。 （実験例）本発明の一実施例における荷重試験装置を用
いて、設定荷重に対する実荷重の変化を測定した。その
測定結果を図２に示す。図２は実験例における設定荷重
に対する実荷重の変化を示す図である。本実験例におい
て、設定荷重１０Kg定値時に空気抜き部の空気抜き量を
２００ｃｃ／分にすると、ハンチング幅は±５ｇ、ま
た、設定荷重１Kgの定値時に空気抜き量を３００ｃｃ／
分にすると、ハンチング幅は±５ｇであった。
験装置と従来の荷重試験装置について性能比較試験を行
った。 （実験例）本発明の一実施例における荷重試験装置を用
いて、設定荷重に対する実荷重の変化を測定した。その
測定結果を図２に示す。図２は実験例における設定荷重
に対する実荷重の変化を示す図である。本実験例におい
て、設定荷重１０Kg定値時に空気抜き部の空気抜き量を
２００ｃｃ／分にすると、ハンチング幅は±５ｇ、ま
た、設定荷重１Kgの定値時に空気抜き量を３００ｃｃ／
分にすると、ハンチング幅は±５ｇであった。
【００１２】（比較例）比較例として本出願人が出願し
た荷重試験装置を用いて、実験例と同一条件で設定荷重
に対する実荷重の変化を測定した。その測定結果を図３
に示す。図３は比較例における設定荷重に対する実荷重
の変化を示す図である。空気抜き部を設けない場合はハ
ンチング幅は設定荷重に対して±３００ｇであった。
た荷重試験装置を用いて、実験例と同一条件で設定荷重
に対する実荷重の変化を測定した。その測定結果を図３
に示す。図３は比較例における設定荷重に対する実荷重
の変化を示す図である。空気抜き部を設けない場合はハ
ンチング幅は設定荷重に対して±３００ｇであった。
【００１３】以上のように本実施例によれば、圧縮空気
を駆動源にして低圧の油圧シリンダーを駆動して被試験
体に試験荷重を加えるとともに、被試験体に加わる荷重
を検知してこの荷重信号をフィードバックして設定荷重
値になるように駆動源を制御する簡単な構造でバックラ
ッシュの少ない安定した直線的な荷重制御を行うことが
でき、更に、空気圧調整部と空気・油圧変換器との間に
空気圧調整部の微量変化を吸収する空気抜き部を設ける
ことにより、設定荷重値の収束時におけるハンチングを
防止することができる。。尚、本実施例において、被試
験体への試験荷重の設定は、油圧シリンダーのピストン
の押圧による圧縮荷重としたが、試験荷重に引っ張り荷
重を用いる場合は、固定した被試験体の端部にチャック
を介してピストンを固定してストローク制御を反対にす
ることで容易に行うことができる。
を駆動源にして低圧の油圧シリンダーを駆動して被試験
体に試験荷重を加えるとともに、被試験体に加わる荷重
を検知してこの荷重信号をフィードバックして設定荷重
値になるように駆動源を制御する簡単な構造でバックラ
ッシュの少ない安定した直線的な荷重制御を行うことが
でき、更に、空気圧調整部と空気・油圧変換器との間に
空気圧調整部の微量変化を吸収する空気抜き部を設ける
ことにより、設定荷重値の収束時におけるハンチングを
防止することができる。。尚、本実施例において、被試
験体への試験荷重の設定は、油圧シリンダーのピストン
の押圧による圧縮荷重としたが、試験荷重に引っ張り荷
重を用いる場合は、固定した被試験体の端部にチャック
を介してピストンを固定してストローク制御を反対にす
ることで容易に行うことができる。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明は、試験荷重の駆動
源に安価な圧縮空気を用いる簡単な構造で故障の少ない
信頼性に優れ、安定した直線的な荷重制御を行うことが
でき、更に、設定荷重値への収束時のハンチングを抑え
て高精度で応答特性に優れた低原価で汎用性に優れた荷
重試験装置を実現できるものである。
源に安価な圧縮空気を用いる簡単な構造で故障の少ない
信頼性に優れ、安定した直線的な荷重制御を行うことが
でき、更に、設定荷重値への収束時のハンチングを抑え
て高精度で応答特性に優れた低原価で汎用性に優れた荷
重試験装置を実現できるものである。
【図１】本発明の一実施例における荷重試験装置の制御
系の構成を示す模式図
系の構成を示す模式図
【図２】実験例における設定荷重に対する実荷重の変化
を示す図
を示す図
【図３】比較例における設定荷重に対する実荷重の変化
を示す図
を示す図
【図４】従来の荷重試験装置の制御系の構成を示す模式
図
図
１ 試験部 ２ フレーム ３ 油圧シリンダー ３ａ ピストン ４ シリンダーベース ５ 第１のスライドベース ６ 第１のガイドシャフト ７ 荷重変換器 ７ａ 受感部 ８ 第２のスライドベース ９ 第２のガイドシャフト １０ 下部ロッド冷却ユニット １１ 下部ロッド １２ 試験用治具 １３ 被試験体 １４ 上部ロッド １５ 上部ロッド冷却ユニット １６ 高温炉 １７ 信号増幅部 １８ 荷重設定部 １９ 制御部 ２０ 空気圧調整部 ２１ 空気・油圧変換器 ２２ 圧縮空気切替部 ２３ 空気抜き部
Claims (2)
- 【請求項１】 被試験体に荷重を与える油圧シリンダー
と、前記油圧シリンダーの荷重を電気信号に変換する荷
重変換器と、前記荷重変換器からの電気信号を荷重に相
当する電圧値に増幅する信号増幅部と、予め設定された
荷重に相当する電圧値を出力する荷重設定部と、前記信
号増幅部からの電圧値と前記荷重設定部で予め荷重設定
された電圧値とを比較しその電圧差を制御量として出力
する制御部と、前記制御部からの制御電圧を空気圧に変
換する空気圧調整部と、前記空気圧調整部からの空気圧
を油圧に変換する空気・油圧変換器と、前記空気圧調整
部と前記空気・油圧変換器との間に前記空気圧調整部か
らの圧縮空気の一部を放出する空気抜き部と、前記空気
圧調整部と前記空気・油圧変換器に圧縮空気の送給を切
り替える圧縮空気切替部と、を備えたことを特徴とする
荷重試験装置。 - 【請求項２】 前記空気抜き部がニードル弁からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の荷重試験装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6124253A JP2759103B2 (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 荷重試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6124253A JP2759103B2 (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 荷重試験装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07306130A JPH07306130A (ja) | 1995-11-21 |
| JP2759103B2 true JP2759103B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=14880758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6124253A Expired - Fee Related JP2759103B2 (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 荷重試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2759103B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007093417A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Dainippon Ink & Chem Inc | サンプルの加工適性評価装置及び該装置を用いたサンプルの加工適性評価方法 |
| JP2008164463A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Shimadzu Corp | 試験機 |
| JP6026450B2 (ja) * | 2014-02-26 | 2016-11-16 | エスペック株式会社 | 圧壊試験装置および圧壊試験方法 |
-
1994
- 1994-05-12 JP JP6124253A patent/JP2759103B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07306130A (ja) | 1995-11-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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